Starship

Starship — система космічного запуску багаторазового використання, що належить до надважких ракет-носіїв і розробляється американською компанією SpaceX для транспортування людей на Марс (і навіть далі) і повернення їх на Землю.

Перший ступінь ракети називається «Super Heavy» (). Він призначений для виведення на орбіту другого ступеня, що водночас є і космічним кораблем зі спільною з ракетою назвою — Starship (). Останній випускатиметься в кількох версіях: пасажирська, вантажна (можливий варіант підйому супутників величезних розмірів) або танкер для космічної дозаправки. Обидва ступені працюватимуть із двигунами Raptor і повертатимуться на злітно-посадковий майданчик. Після заправки Starship знову буде готовим до польоту.

Генеральний директор SpaceX Ілон Маск вважає, що Starship буде здатний повністю замінити поточні ракети Falcon і космічні кораблі Dragon та Dragon 2, що наразі експлуатує його компанія. Підрахунки SpaceX дають змогу припускати, що запуск нової ракети буде дешевшим, ніж запуск наявних транспортних засобів. Кошти на розробку Starship планується отримувати від запуску супутників, проєкту Starlink (високошвидкісний супутниковий інтернет) та приватних інвесторів.

Історія розвитку Ранні концепції (2012–2019)

У листопаді 2005 року, ще до того, як SpaceX запустила свою першу ракету Falcon 1, генеральний директор Ілон Маск уперше згадав концепцію надважкої ракети, здатної виводити на низьку навколоземну орбіту, яку назвали BFR. Пізніше, у 2012 році, Ілон Маск уперше публічно оголосив про плани розробити ракету, що перевершувала б можливості тодішньої Falcon 9 компанії SpaceX. SpaceX назвала цей проєкт Mars Colonial Transporter («Марсіанський колоніальний транспортер»), оскільки ракета мала доставляти людей на Марс і назад. У 2016 році назву було змінено на Interplanetary Transport System («Міжпланетна транспортна система»), адже планувалося, що ракета зможе здійснювати польоти не лише до Марса. Концептуальний проєкт передбачав конструкцію з вуглецевого волокна, масу понад у повністю заправленому стані, корисне навантаження на низьку навколоземну орбіту та повну багаторазовість. До 2017 року концепцію знову перейменували на BFR.

У грудні 2018 року основний конструкційний матеріал було змінено з вуглепластикових композитів на нержавіючу сталь, що ознаменувало перехід від ранніх концепцій до сучасної конструкції Starship. Маск навів кілька причин такого рішення: низьку вартість і простоту виробництва, вищу міцність нержавіючої сталі за кріогенних температу, а також її здатність витримувати високі температури. У 2019 році SpaceX почала використовувати назву Starship для всієї ракети, при цьому другий ступінь також отримав назву Starship, а прискорювач — Super Heavy. Також було оголошено, що Starship використовуватиме багаторазові теплозахисні плитки, подібні до тих, що застосовувалися на космічних шатлах. До 2019 року конструкція другого ступеня остаточно сформувалася навколо шести двигунів Raptor: трьох, оптимізованих для роботи на рівні моря, і трьох, оптимізованих для роботи у вакуумі. У 2019 році SpaceX оголосила про зміну конструкції другого ступеня, скоротивши кількість задніх аеродинамічних закрилків із трьох до двох для зменшення маси. У березні 2020 року компанія SpaceX опублікувала Starship Users Guide, у якому зазначалося, що Starship зможе виводити на низьку навколоземну орбіту понад 100 тонн корисного навантаження, а на геоперехідну орбіту (GTO) — 21.

Випробування на малій висоті (2019–2021)

Від Starhopper до SN6

12 березня 2018 року Маск розповів, що команда SpaceX планує перевіряти перший прототип свого космічного корабля короткими польотами із поступовим збільшенням амплітуди підйому (на кшталт випробувань Grasshopper). Це відбуватиметься на стартовому комплексі SpaceX у Техасі. Там компанія отримала дозвіл на підйом до 5 км. У кінці грудня 2018 року почалося будівництво першої тестової версії Starship — Starhopper (). Його запуски мали допомогти підтвердити герметичність системи подавання пального, перевірити роботу двигуна Raptor, методику створення в баку з пальним автогенного тиску, що дасть змогу відмовитися від встановлення ємності з гелієм, а також узгодити алгоритми дій під час підйому та приземлення.

Планувалося, що Starhopper складатиметься з трьох частин (фото): основа — має три нерухомі посадкові опори-стабілізатори. Це такий собі паливний бак зі стінками товщиною 12,5 мм, розділений на ємності для метану та кисню, з одним двигуном; циліндрична середина та конусоподібна верхівка (пізніше об'єднані в один блок) — сформовані із листів тонкого блискучого металу.

Але після того як 23 січня 2019 року внаслідок сильного вітру у 80 км/год сталося перекидання з'єднаних верхівки і середньої частини, заново їх уже не складали. Було вирішено, що для перших коротких стрибків буде досить і самої основи, тому 8 березня її транспортували до стартового майданчика. Після трьох запусків із максимальним підйомом до 1 м, 26 липня здійснено стрибок на 20 м. Маск виклав відео з камери біля двигуна.

27 серпня відбувся другий підйом цього апарата, але вже на 150 м, під час якого він перелетів на сусідній посадковий майданчик, пробувши у повітрі 57 с. Там він здійснив м'яке вертикальне приземлення. Надалі Starhopper застосовуватимуть, як стенд для випробування двигунів.

В свою чергу SpaceX також розпочала будівництво перших повнорозмірних прототипів верхнього ступеня Starship MK1 та Starship MK2 на своїх майданчиках у Бока-Чіка, Техас, та Коко, штат Флорида, відповідно. Жоден із цих прототипів не здійснив політ: MK1 був зруйнований у листопаді 2019 року під час випробування на міцність під тиском, а виробничий майданчик MK2 у Флориді був демонтований протягом 2020 року.

Прототипи виготовлялися з нержавіючої сталі 301. Цей матеріал відзначався високою корозійною стійкістю та нижчою вартістю порівняно з вуглепластиком, однак мав певні недоліки, зокрема нижчу міжшарову в'язкість за кріогенних температур.

Згодом SpaceX почала позначати нові прототипи верхнього ступеня Starship префіксом «SN» (скорочення від serial number — серійний номер). Жоден із прототипів від SN1 до |SN4 також не здійснив політ: SN1 і SN3 зруйнувалися під час випробувань на міцність під тиском, а SN4 вибухнув після п'ятого статичного запуску двигуна.

У червні 2020 року SpaceX розпочала будівництво стартового майданчика для орбітальних польотів Starship. Перший придатний до польоту прототип, SN5, мав циліндричну форму, оскільки не мав ні аеродинамічних закрилків, ні носового обтічника — лише один двигун Raptor, паливні баки та масогабаритний макет

5 серпня 2020 року SN5 здійснив політ на висоту 150 м та успішно приземлився на сусідньому майданчику.

3 вересня 2020 року схожий за конструкцією Starship SN6 повторив цей політ.

Пізніше того ж місяця двигун Raptor vacuum уперше пройшов повноцінне випробування із запуском на повну тривалість на полігоні в Макгрегор, Техас.

Від SN8 до SN15

Starship SN8 став першим повнорозмірним прототипом верхнього ступеня, хоча й не мав теплозахисного покриття. У період із жовтня по листопад 2020 року він пройшов чотири попередні вогневі випробування. 9 грудня 2020 року SN8 здійснив політ, під час якого три двигуни поступово вимикалися один за одним, після чого апарат досяг висоти . Під час повернення до землі посадці завадив низький тиск метану в головному паливному баку, через що апарат жорстко врізався в посадковий майданчик і вибухнув. SN7 був виготовлений зі сталі 304L, яка є менш крихкою та краще піддається зварюванню. Пізніші апарати використовували фірмовий сплав 30X, склад якого не розголошується; його вартість становить трохи більше ніж €3,6 за кілограм.

Оскільки SpaceX порушила умови своєї ліцензії на запуск і проігнорувала попередження про посилення пошкоджень від ударної хвилі, Федеральне управління цивільної авіації США(англ. Federal Aviation Administration; скор. FAA) протягом двох місяців розслідувало цей інцидент. Під час запуску SN8 компанія проігнорувала попередження FAA про те, що профіль польоту створює ризик вибуху.

2 лютого 2021 року Starship SN9 здійснив політ на висоту 10 км за траєкторією, подібною до SN8. Прототип розбився під час посадки через те, що один із двигунів не запустився належним чином.

Через місяць, 3 березня, Starship SN10 вирушив у політ за тією ж траєкторією, що й SN9. Апарат здійснив жорстку посадку, пошкодив посадкові опори й нахилився набік. Біля його основи виникла пожежа, а менш ніж через десять хвилин після приземлення він вибухнув, імовірно через розрив паливного бака.

30 березня Starship SN11 здійснив політ у густому тумані за тією ж траєкторією. Апарат вибухнув під час зниження, імовірно через надлишок пального в метановому турбонасосі одного з двигунів Raptor.

У березні 2021 року компанія оприлюднила план будівництва двох майданчиків для суборбітальних запусків, двох орбітальних стартових комплексів, двох посадкових майданчиків, двох випробувальних стендів і великого комплексу паливних резервуарів. Незабаром SpaceX запропонувала перетворити поселення Бока-Чика-Віллідж на місто компанії під назвою Старбейз. Місцеві жителі висловили занепокоєння щодо повноважень SpaceX, її впливу та можливого виселення через експропріацію. У 2025 році поселення було офіційно інкорпороване як Starbase, Texas.

На початку квітня почався монтаж паливних резервуарів орбітального стартового комплексу. Прототипи SN12, SN13 і SN14 були утилізовані ще до завершення будівництва; замість них для польоту було обрано SN15, який отримав удосконалені авіоніку, конструкцію та двигуни. 5 травня 2021 року SN15 успішно здійснив запуск, виконав усі заплановані маневри та безпечно приземлився. Після посадки в моторному відсіку виникла пожежа, однак її швидко ліквідували. Згідно з пізнішим звітом SpaceX, під час посадки SN15 зіткнувся з кількома проблемами, зокрема втратою тиску в баках і відмовою одного двигуна. Комплексні льотні випробування (2023–наш час) У червні 2022 року Федеральне управління цивільної авіації США постановило, що SpaceX має усунути понад 75 проблем, виявлених під час попередньої екологічної оцінки, перш ніж можна буде розпочати льотні випробування. Перше льотне випробування

У липні 2022 року прискорювач Super Heavy B7 (Booster 7) випробував турбанасосирідкого кисню на всіх 33 двигунах Raptor, що призвело до вибуху біля основи ракети. Вибух зруйнував трубопровід наддуву та спричинив незначні пошкодження стартового майданчика.

До кінця листопада Ship 24 виконав два вогневі випробування двигунів, тоді як Booster 7 провів шість таких випробувань, а 9 лютого 2023 року відбулося статичне вогневе випробування із запуском 31 двигуна на 50% тяги.

У січні 2023 року повністю зібрана система Starship пройшла повноцінну репетицію перед запуском із повним заправленням.

Після скасованої спроби запуску 17 квітня 2023 року Booster 7 і Ship 24 успішно стартували 20 квітня о 13:33 UTC під час першого орбітального льотного випробування.

Під час послідовності запуску було відключено три двигуни, а ще кілька відмовили вже в польоті. Згодом прискорювач втратив керування вектором тяги двигунів Raptor, через що ракета почала неконтрольовано обертатися. Апарат досяг максимальної висоти . Приблизно через три хвилини після старту була активована автономна система припинення польоту, однак ракета продовжувала неконтрольовано перекидатися ще близько 40 секунд, після чого розпалася.

Під час першого льотного випробування у повітря було піднято великі обсяги піску й ґрунту, які розлетілися в радіусі 11 км, досягнувши навколишніх населених пунктів.

Також виникла пожежа на території сусіднього державного парку, яка охопила 1.5 га його площі.

Друге льотне випробування